高炉冷却
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高炉冷却壁的破损机理及减少破损的措施摘要:高炉设计炉容为1580m3,于2011年2月开炉。
自2017年以来,发现炉基上涨速度加快,由2017年10月的31mm升高至2019年3月的86mm,高炉六至八段冷却壁破损严重,致使高炉被迫大修。
通过对高炉冷却壁的破损调查研究,得到如下结论:(1)球墨铸铁冷却壁破损的形式有开裂、烧损、熔化,并发现有水管的裸露和破损,其中8层冷却壁的受损数量最多。
冷却壁上出现最多的是纵向裂纹,对冷却壁的机械强度和力学性能有不利影响。
(2)对球墨铸铁冷却壁表面样进行元素及化合物分析,11-13层和15-17层的锌含量和碱金属含量较高。
锌和碱金属对冷却壁有化学侵蚀的危害,其生成的低熔点化合物对高炉顺行不利。
应当严格控制燃料和铁矿石的锌含量和碱金属含量,从源头上减少对冷却壁的化学侵蚀。
(3)由铸铁冷却壁试样的拉伸实验结果可知,冷却壁试样的抗拉强度(与没有经历生产的球墨铸铁相比)明显变小,且距离热面越近的试样,抗拉强度越小。
炉内的高温削弱了冷却壁的力学性能。
关键词:高炉;铸铁冷却壁;破损调查;破损机理分析1我国铜冷却壁的应用我国钢铁厂在2000年之前多采用铸铁冷却壁。
2002年,攀钢首次在高炉中安装了两段铜冷却壁[18]。
由于并无铜冷却壁的生产经验,攀钢只能自己摸索出合理的操作炉型和操作方法以维持炉况稳定。
经过十几年的研究、发展、改进,目前我国自主制造的部分铜冷却壁在各种技术数据上已达到甚至超过了国外产品的水准,但有些铜冷却壁仍然不能独立自主生产,依赖国外进口。
铜冷却壁在实际生产中的广泛应用为我国高炉冷却壁寿命的大幅延长做出了巨大贡献。
1.1铜冷却壁的优点及优势(1)导热性能好。
铸铁的导热系数仅有40×1.163W/(m∙℃)。
而铜的导热系数高达400W/(m∙℃)。
由此可见,铜的导热性能为铸铁的10倍左右。
所以,铜冷却壁热面与水管表面的温差很低,在实际生产中可控制在20℃以内。
高炉冷却壁配管优化设计王璐① 崔新亮 王洪 季乐乐(1:北京中冶设备研究设计总院有限公司 北京100029;2:北京市钢铁冶金节能减排工程技术研究中心 北京100029)摘 要 针对高炉寿命及冷却壁优化设计问题,通过研究冷却壁的导热能力,如冷却壁冷却比表面积,提出了增加冷却壁配管数量,高炉冷却壁配管形式由传统的四进四出优化为五进五出。
五进五出式冷却壁提高了冷却比表面积,新型冷却壁比表面积为1 33,比传统冷却壁比表面积提高了37%。
特点是新型冷却壁使冷却水量加大了25%,降低了冷却壁的工作温度和高炉内炭砖冷面工作温度2℃~3℃,延长了冷却壁、炭砖、高炉的使用寿命,节约了生产成本,具有很高的实用价值。
关键词 高炉 冷却壁配管 比表面积中图法分类号 TF741.5 TF573 文献标识码 ADoi:10 3969/j issn 1001-1269 2023 Z1 007StudyonOptimalDesignofBlastFurnaceCoolingStavePipingWangLu CuiXinliang Wanghong JiLele(1:BeijingMetallurgicalEquipmentResearchDesignInstituteCo.,Ltd.,Beijing100029;2:BeijingIron&SteelMetallurgicalEngineeringTechnologyResearchCenterinEnergySaving&EmissionReduction,Beijing100029)ABSTRACT Aimingattheproblemofblastfurnacelifeandcoolingwalloptimizationdesign,bystudyingthethermalconductivityofthecoolingwall,suchasthecoolingspecificsurfaceareaofthecoolingwall,itisproposedtoincreasethenumberofcoolingwallpiping,andoptimizethecommonlyusedfour in,four outcoolingwallpipingformtofive in,five outcoolingwallpipingform.Thefive in,five outcoolingwallincreasesthespecificsurfaceareaofcooling.Thepipingmethodisfive in,five out,andthespecificsurfaceareaofthecoolingwallofthecoolingwaterpipeis1 33,whichis37%higherthanthatofthetraditionalcoolingwall.Althoughthenewcoolingwallincreasestheamountofcoolingwater,itreducestheworkingtemperatureofthecoolingwall,reducestheworkingtemperatureofthecoldsurfaceofthecarbonbrickintheblastfurnace,prolongstheservicelifeofthecoolingwallandblastfurnace,savesproductioncosts,andhashighpracticalvalue.KEYWORDS Blastfurnace Coolingwallpiping Specificsurfacearea1 前言高炉冷却设备是保证高炉在高温条件下抵御热流侵袭和机械磨损的关键设备。
高炉循环冷却系统的金属腐蚀与控制(朱几)| [<<][>>]0 前言高炉循环冷却系统中有金属冷却器(冷却壁或板等)、金属管道与金属阀门等不同金属材料的设备和配件。
冷却水在其中循环换热,与金属材料长时间的接触,使金属遭到破坏的现象就称作腐蚀。
如金属处在空气中或与水接触时都会使金属的表面产生锈蚀现象,一般常见的有铁表面生锈,铜表面长铜绿等。
腐蚀的原因既有金属本身的因素,也有循环冷却水中物质的因素以及温度等环境因素。
由于溶解氧、含盐量和可溶性有害气体浓度随浓缩倍数提高而成正比增加,加上循环冷却水系统伴生的微生物腐蚀,因此,冷却水对金属材料的腐蚀会随运行时间的延长而加剧,为了保证高炉循环冷却系统的正常安全运行,必须对系统进行腐蚀控制。
1 高炉循环冷却系统的金属腐蚀原因1.1 金属材料本身的原因1.1.1 金属材料的化学因素影响高炉循环冷却系统的金属腐蚀因素,一是金属材质和内部结构组织,二是高炉周围环境条件。
金属材料一般含有多种元素,比如铁和钢,它们不仅主要含铁而且都含有不同比例的其他微量元素(碳、硅、硫、磷等),这些元素的电极电位不同,当两种不同金属材料处在同一溶液中或两种不同金属相连接时,由于其电极电位不同,就易产生电化学腐蚀。
一般贵重金属比普通金属的耐腐性强,这是由于贵重金属的电位高于普通金属。
从电位数值可以预计,如两金属相连接时,电位较低的金属将受到腐蚀。
电位低的金属为金属腐蚀的阳极端,易受腐蚀;电位高的则为阴极端,腐蚀缓慢或不易腐蚀。
两种金属的电位差越大,腐蚀就越快;反之,如电位差接近零就不会产生电化学腐蚀。
电极电位较高的元素与电极电位较低的元素可以形成原电池的阴极和阳极,当循环冷却水流过时,水中的氧参加化学反应,形成电流,电极电位较低的元素不断氧化、溶解、腐蚀。
例如,铜与钢连接时,钢的电极电位低,因而钢就遭到腐蚀,而铜则不受影响。
1.1.2 金属材料的物理因素金属在机械加工过程中,由于锻打、挤压、弯曲和切削等原因,使材料变形部分和加工部分产生应力集中的情况,而应力集中部位电位较低,形成阳极腐蚀。
高炉系统的危险有害因素辨识高炉系统的危险有害因素辨识,主要有高炉本体、冷却设备、冷却系统动力设备、炉体附属设备和检测系统等五个方面。
1.高炉本体炉体采用自立式框架结构,主框架间距为14m,高炉在煤气导出管上设有膨胀器,上升管的重量由框架传给基础,从而减轻了炉壳的负荷,杜绝煤气导出管与炉壳焊缝拉裂事故。
设置炉底封板,增强护壳气密性。
框架由炉体框架和炉顶框架组成,炉体设置3层炉身平台和1层炉底平台,各平台之间都设有双向走梯,以确保工作人员的方便和安全。
高炉本体是整个炼铁系统最主要设备,发生事故频率高,事故类型多,在实际生产中为危险重点控制对象。
其主要危险有害因素如下:(1)火灾、爆炸a、开氧气者在氧气阀门附近抽烟或周围有人动火,可能发生火灾。
b、风口、渣口及水套,密封性不好,引起煤气泄漏,在有火星、火源的情况下,可能发生火灾、爆炸事故。
c、在停电断水情况下,由于事故供水不及时,致使炉内温度过高,发生炉体开裂,引起火灾。
d、炉顶压力过高又无法控制,可能导致,炉体爆炸,并引起火灾。
e、高炉停吹氧气,可能造成火灾、爆炸事故。
f、在高炉休风、检修、停电、停水情况下,由于误操作,可能发生火灾爆炸事故。
(2)中毒a、挖炉缸作业时,如通风不良,炉缸内煤气浓度过高,可能造成煤气中毒事故。
b、换风口及二套时,由于煤气泄漏,如不加强防护,可能造成煤气中毒事故。
c、在炉体清理作业中,由于残留煤气,如通风不良,无恰当防护措施,可能发生煤气中毒事故。
d、在高炉休风、检修、停电、停水情况下,由于误操作,可能发生火灾爆炸事故。
(3)烧伤a、在休风倒流阶段,炉前工离风口过近,可能被喷火烧伤。
b、在进行换风口操作时,由于风口内渣铁没有完全淌出,可能烧伤工人。
c、风管烧穿打水时,可能对工人造成伤害。
d、在风口区域、铁口旁取暖,工人可能被烧伤。
e、烧氧时,吹氧管顶的太死,氧气回火,可能造成工人烧伤。
(4)高空坠落a、平台四周栏杆走桥损坏、送脱,操作人员可能从高空坠落。
高炉冷却的基础知识第一节高炉冷却理论常识一. 高炉冷却的目的高炉冷却的目的在于增大炉衬内的温度梯度,致使1150℃等温面远离高炉炉壳,从而保护某些金属结构和混凝土构件,使之不失去强度。
使炉衬凝成渣皮,保护甚至代替炉衬工作,从而获得合理炉型,延长炉衬工作能力和高炉使用寿命。
高炉冷却是形成保护性渣皮、铁壳、石墨层的重要条件。
高炉常用的冷却介质有:水、风、汽水混合物。
根据高炉各部位工作条件,炉缸、炉底的冷却目的主要是使铁水凝固的1150℃等温面远离高炉壳,防止炉底、炉缸被渣铁水烧漏。
而炉身冷却的目的是为了保持合理的操作炉型和保护炉壳。
二. 高炉冷却的方式目前国内高炉采用的冷却方式有三种:1. 工业水开路循环冷却系统2. 汽化冷却系统3. 软水密闭循环冷却系统三.冷却原理冷却水通过被冷却的部件空腔,并从其表面将热量带走,从而使冷却水的自身温度提高。
t1 ┏━━━┓ t2水——→┃冷却件┃——→水┗━━━┛1.自然循环汽化冷却工作原理:利用下降管中的水和上升管中的汽水混合物的比重不同所形成的压头,克服整个循环过程中的阻力,从而产生连续循环,汽化吸热而达到冷却目的。
2.软水密闭循环冷却工作原理:它是一个完全封闭的系统,用软水(采用低压锅炉软水即可)作为冷却介质,其工作温度50~60℃(实践经验40~45℃)由循环泵带动循环,以冷却设备中带出来的热量经过热交换器散发于大气。
系统中设有膨胀罐,目的在于吸收水在密闭系统中由于温度升高而引起的膨胀。
系统工作压力由膨胀罐内的N2压力控制,使得冷却介质具有较大的热度而控制水在冷却设备中的汽化。
3.工业水开路循环冷却工作原理:由动力泵站将凉水池中的水输送到冷却设备后,自然流回凉水池或冷却塔,把从冷却设备中带出的热量散发于大气。
系统压力由水泵供水能力大小控制。
四.冷却方式的优缺点高炉技术进步的特点,表现为高炉炼铁已发展成为较成熟的技术。
从近几年高炉技术进步的发展方向看,突出的特点是大型化、高效化和自动化。
⾼炉冷却壁破损原因及采取的措施⾼炉冷却壁破损原因及采取的措施1 概述⾼炉三代炉役⾃年⽉⽇开炉,炉容m3。
本着长寿的原则,要求⼀代炉役⼯作⼗年以上,总结同级别⾼炉长寿实践经验基础上,采⽤了成熟的长寿技术:炉底、炉缸采⽤了微孔炭砖+陶瓷杯内衬,炉腰、炉腹采⽤了双层⽔冷管镶砖冷却壁,炉⾝采⽤了板壁结合的冷却结构,炉体内衬采⽤了耐压强度、抗折强度、导热性等各项指标都⽐较⾼的半⽯墨炭-β碳化硅砖(赛隆结合的碳化硅砖)。
但是在开炉后短短的三个多⽉内,5段冷却壁先后有四块损坏。
表1所⽰冷却壁损坏的情况。
本⽂简要分析⼀下原因及采取的措施。
2 炉体的冷却⽅式2.1冷却系统采⽤的是⼯业⽔开路循环。
实践证明,对于中、⼩⾼炉,普通⼯业⽔开路循环只要维护合理,也能满⾜⾼炉长寿的要求。
风、渣⼝⼩套采⽤⾼压⽔冷却,以加强冷却效果,延长风渣⼝的使⽤寿命。
2.2 冷却设备炉底采⽤埋管⽔冷⽅式,即在炉底密封板以下埋设⽔冷管的⽅式。
炉底、炉缸采⽤冷却壁形式,共设4段光⾯冷却壁,材质为灰⼝铸铁。
在铁⼝四周安装了四块铜冷却壁。
炉腰、炉腹处采⽤了3段双层⽔冷管镶砖冷却壁,材质为球墨铸铁。
这种双层⽔冷管内部有2根蛇形管,冷⾯、热⾯各⼀根。
采⽤双层⽔管是为了加强冷却强度,使冷却更均匀。
炉⾝采⽤棋格式布置的板壁结合的冷却结构。
这种结构有利于保护砖衬,有利于形成渣⽪。
采⽤的是⼩块冷却壁与冷却板结合的结构,冷却板呈“品”字形布置。
共设有13段冷却壁,12层冷却板,冷却板材质为钢板焊制。
其中第20段冷却壁为带凸台的冷却壁,起⽀撑砖衬作⽤。
3 冷却壁损坏的原因五段冷却壁处在炉腹部位,此部位正处在软融带的根部,⼯作条件最为恶劣,长期受渣、铁冲刷,当炉况、炉温波动时,软融带也发⽣变化,导致此处温度变化极⼤。
β碳化硅砖的导热系数⾼,较以前的⾼铝砖⾼许多,冷却壁的材质、制造、安装质量也有⼀定的缺陷。
综合各⽅⾯的因素,认为冷却壁损坏主要有以下⼏个原因:(1)冷却壁的材质、制造与安装质量冷却壁材质结构不合理,抗热变能⼒差,由于长期处于⾼温作⽤下,其机械性能恶化,从⽽出现冷却壁龟裂、裂纹等,最终导致冷却壁损坏。
配管工题库一、填空题1.高炉冷却形式主要有:水冷、汽化冷却、风冷。
2.冷却壁在使用材质上分为:耐热铸铁、球墨铸铁、钢和铜冷却壁。
3.高炉常用的冷却介质有:水、空气、水蒸汽。
4.冷却设备内水压比它所处部位炉内煤气压力大0.03~0.05mpa。
5.炉腹部位采用镶砖冷却壁的作用主要是:在该部位的砖衬脱落后易促进渣皮生成。
6.冷却壁漏水的检查方法有:直观、点火、试压三种。
7.高炉前期炉底温度要求控制在250℃以下,末期控制在小于450℃,如超出规定范围,可适当增加炉底冷却。
8.高炉煤气的特性:A、含有CO等可燃物,有剧毒。
B、发热值低C、含尘量高D 含有大量水分(50—80g/m3)。
9.冷却设备内冷却水有一定流速可有效防止有机混合物沉淀,消除局部沸腾或形成大量水垢。
10.DN100管子的公称通径为100mm。
11.麻丝、白铅油作密封填料的管道可输送120℃以下的热水煤气等。
12.设计无规定时,管道供回水系统试验压力应是工作压力的1.5倍,最小不得少于0.6倍。
13.管道系统的强度试验是:检查管道系统的力学性能。
14、Z44T—10型阀门,其公称压力为1mPa。
15.管道系统吹扫和清洗,应在强度试验和严密性试验后进行。
16、镶砖冷却壁其镶砖材质为:SiC砖、Si3N4-SiC砖、半石墨化SiC砖、铝碳砖。
17、跟踪测量冷却壁壁体温度表明:铜冷却壁能在15min内完成渣皮的重建,而双排水管球墨铸铁冷却壁则需要4h。
18.软水密闭循环水冷却的风口突然烧损,应立即立即转换工业水冷却,停止喷吹燃料,如烧坏严重时必须外加喷水冷却。
19.高炉喷吹的固体燃料有:无烟煤、烟煤、半焦等。
20、动力系统包括:电、水、压缩空气、氮气、蒸汽等系统。
此外,还有输送煤粉和动力用压缩空气,防火、防爆,驱赶休风时管边与设备中残留煤气的氮气以及保温用的蒸汽等系统。
21、高炉炉体由(耐火砖)、(炉壳)、(冷却设备)三层组成。
22、从风口向高炉内喷吹煤粉,采用的喷枪有普通形煤枪和氧煤枪。
高炉铜冷却板制造工艺及质量控制高炉冷却系统的主要作用是保护炉衬和炉壳,抵御过大的热流。
因此高炉冷却设备的冷却效率对延长高炉寿命,维护合理炉型起着决定性的作用。
实践证明,冷却设备的结构、布置方式及其制作参数对高炉寿命有重大的影响。
目前新建大高炉大多采用铜冷却板、铜冷却壁或板壁结合的方式,设计15年无中修,因此冷却板的制造质量好坏直接影响高炉寿命。
万隆真空冶金有限公司主要技术人员自92年开始,先后与重钢院、北钢院、宝钢进行技术交流与合作,并到过日本后藤合金、户田制作所并与卢森堡的PW公司、荷兰的霍高文公司进行多次技术交流,有丰富的高炉冷却板设计、制造经验,先后为宝钢的1BF、2BF,上钢一厂2500M3、750 M3高炉,马钢的2500M3,韶钢的750M3高炉制做过数千件铜冷却板。
产品质量,及各项技术指标均达到或超过设计要求,产品使用至今,无一发现质量问题。
1、我公司冷却板技术参数:①冷却板化学成分:Cu+Ag>99.9%,O≤30ppm,H≤1.0PPM②机械性能:σb≥180Mpa δ≥35% 铜-钢结合强度σb≥200MPa 布氏硬度HB≥45③物理性能:电导率≥90%IACS 热导率λ≥245W/M.K④压力、压损流量试验:耐压试验打压 1.5Mpa,保压30分钟用木锤敲打无冒汗、漏水现象。
加压1Mpa,水量18吨/小时,压损≤16kPa。
⑤探伤标准:对冷却板本体及与钢圈之间的焊缝及工艺孔焊缝进行射线、超声波、着色探伤,射线探伤标准达ASTM272-1999Ⅰ-Ⅱ级以上,着色探伤达到JB/T6062-92标准2级以上2、铜冷却板生产工艺流程:1#阴极铜—真空熔炼(成分分析)—真空铸造—清砂—毛坯检查—机加工—电导率测定—压力试验—钢带焊接—射线、着色探伤—流量压损试验—终检—包装3、关键工艺保证措施:①原材料:铜板采用阴极铜(符合GB/T467-1997标准)作原料,经化学分析检验合格后剪裁入真空炉熔炼,同时对造型用树脂砂、覆膜砂进行处理。
课时教学计划【组织教学】【复习提问】1、五段式高炉冷却设备的作用?2、冷却介质有哪些?【新课引入】3. 冷却板冷却板又称扁水箱,材质有铸铜、铸钢、铸铁和钢板焊接件等,以上各种材质的冷却板在国内高炉均有使用。
冷却板厚度70~110mm,内部铸有φ44.5×6mm无缝钢管,常用在炉腰和炉身部位,呈棋盘式布置,一般上下层间距500~900mm,同层间距150~300mm,炉腰部位比炉身部位要密集一些。
冷却板前端距炉衬设计工作表面一砖距离230mm或345mm,冷却水进出管与炉壳焊接,密封性好。
由于铜冷却板具有导热性好、铸造工艺较简单的特点,所以从十八世纪末期就开始用于高炉冷却。
在一百多年的使用中,进行了不断的改进,发展为现在的六室双通道结构见图3-16所示。
它是采用隔板将冷却板腔体分隔成六个室,即把冷却板断面分成六个流体区域,并采用两个进出水通道对冷却板进行冷却。
图3-16 冷却板此种冷却板结构的特点:1)适用于高炉高热负荷区的冷却,采用密集式的布置形式,如宝钢1号和2号高炉冷却板层距为312mm,霍戈文艾莫依登厂4号高炉冷却板层距为305mm。
2)冷却板前端冷却强度大,不易产生局部沸腾现象;3)当冷却板前端损坏后可继续维持生产;4)双通道的冷却水量可根据高炉生产状况分别进行调整。
举例说明图示设问引起注意5)铜冷却板的铸造质量大大提高,为了避免铸造件内外部缺陷,采用了真空处理等手段,并选用了射线探伤标准(ASTM-E272)。
6)能维护较厚的炉衬,便于更换,重量轻、节省金属。
但是冷却不均匀,侵蚀后高炉内衬表面凸凹不平,不利于炉料下降。
4. 板壁结合冷却结构冷却板的冷却原理是通过分散的冷却元件(冷却板)伸进炉内的长度(一般700~800mm)来冷却周围的耐火材料,并通过耐火材料的热传导作用来冷却护壳。
从而起到延长耐火材料使用寿命和保护炉壳的作用。
冷却壁的冷却原理是通过冷却壁形成一个密闭的围绕高炉炉壳内部的冷却结构、实现对耐火材料的冷却和对炉壳的直接冷却。